EP2039939B1 - Method for monitoring an energy conversion device - Google Patents

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EP2039939B1
EP2039939B1 EP07018530.1A EP07018530A EP2039939B1 EP 2039939 B1 EP2039939 B1 EP 2039939B1 EP 07018530 A EP07018530 A EP 07018530A EP 2039939 B1 EP2039939 B1 EP 2039939B1
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EP
European Patent Office
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variables
power
pump
motor
detected
Prior art date
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Active
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EP07018530.1A
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German (de)
French (fr)
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EP2039939A1 (en
EP2039939B2 (en
Inventor
Pierre Vadstrup
Carsten Skovmose Kallesøe
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Grundfos Management AS
Original Assignee
Grundfos Management AS
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Publication date
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Application filed by Grundfos Management AS filed Critical Grundfos Management AS
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Priority to JP2010525224A priority patent/JP5439378B2/en
Priority to CN200880108089.6A priority patent/CN101802413B/en
Priority to PCT/EP2008/007041 priority patent/WO2009039934A1/en
Priority to US12/679,054 priority patent/US20100300220A1/en
Publication of EP2039939A1 publication Critical patent/EP2039939A1/en
Publication of EP2039939B1 publication Critical patent/EP2039939B1/en
Publication of EP2039939B2 publication Critical patent/EP2039939B2/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/001Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B51/00Testing machines, pumps, or pumping installations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0088Testing machines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/80Diagnostics
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/30Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/335Output power or torque

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring an energy conversion device, which consists of several functionally linked functional units.
  • energy conversion devices in the context of the invention may be, for example, electric motor driven centrifugal pump units, electric motor driven compressors, equipment equipped therewith or the like. They consist of several functionally linked functional units, such as electric motor and centrifugal pump or electric motor and positive displacement pump or combustion engine and electric generator.
  • Such energy conversion devices are used today in almost all technical but also domestic applications.
  • the invention has the object, a generic method for monitoring an energy conversion device, which consists of a plurality of functionally interconnected functional units to improve, in particular to the effect that not only a false state, but also a deterioration in efficiency is detected. Furthermore, corresponding energy conversion devices for carrying out the method according to the invention are to be formed.
  • the solution according to the invention provides a method for monitoring an energy conversion device, which consists of a plurality of functionally linked functional units, in which power-dependent variables of at least one functional unit are automatically acquired and / or calculated at intervals and with each other or with values derived therefrom and / or or are compared with predetermined values and a corresponding signal is generated as a function of this comparison.
  • power-dependent variables of at least two functionally connected functional units preferably of all functional units, are automatically detected and / or calculated at intervals, the power-dependent output variables or variables derived therefrom of the one functional unit forming the power-dependent input variables of the function unit downstream of this functional unit.
  • the basic idea of the method is to monitor at least one functional unit at intervals with regard to its efficiency and to display the result by means of a signal or to make it automatically evaluable.
  • power-dependent variables of a functional unit are automatically detected at intervals over time and compared with predetermined values determined beforehand or derived therefrom.
  • predetermined values determined beforehand or derived therefrom.
  • an energy conversion device ie in particular an aggregate, a machine or a system can self-learning determine and display its individual performance characteristics, the resulting operating behavior, life expectancy and the like.
  • Performance-dependent variables in the sense of the present invention are those which stand in some connection with the performance characteristic of a functional unit.
  • discontinuously operating units such as the compressor of a refrigerator, and the timing of the switching on and off a performance-dependent size in the sense of the present invention.
  • the efficiency monitoring according to the invention of the device or at least individual functional units of the device can be carried out comparatively easily if the functional units are always in the same position Run operating point, since then typically a reading is sufficient to determine the intended or decreased power / efficiency of each unit.
  • an energy conversion device such as a heating circulation pump is to be monitored.
  • Such aggregates typically consist of the functional units engine and centrifugal pump, wherein the centrifugal pump typically constantly changes its operating point, since the pipe network resistance of the heating system changes due to external influences.
  • the determination can also take place in that two hydraulic variables of the pump, typically the flow rate and the delivery head, are determined and equated with the mechanical output delivered by the engine via a corresponding model calculation.
  • the method according to the invention is carried out during the normal operation of the device, that is to say in the case of a pump unit during the intended conveying operation, wherein the time interval for detecting the quasi-simultaneous operating points for determining the course of the area may be in the range of, for example, minutes, whereas the time interval after a comparative measurement is performed, may be in the daily, weekly or monthly range, depending on the device type. Comparatively long intervals are z. As result in heating circulation pumps, whereas short intervals in compressors, especially for cooling systems may be appropriate because with such a monitoring method not only a deterioration in efficiency, but also a possible expected failure of the device can be detected.
  • the time interval in which the performance-dependent variables to be compared are thus determined depends both on the type of machine and on the intended use.
  • the comparison is, however, expediently based on the previously acquired variables or predetermined values, the latter method having the advantage that a poor function can thus already be detected during commissioning.
  • the method according to the invention can be carried out when first recorded and stored a determining the power consumption of the motor electrical size of the motor and at least one of the hydraulic operating point of the pump-determining variable be waited and for the subsequent comparison measurement until the previously detected hydraulic operating point is reached again and then the power consumption of the engine determining variables of the engine are detected and compared with the first stored. Then, a direct comparison can be made without operating point deviations and thus the aforementioned surface curves must be determined.
  • the variables acquired later for comparison measurement can also be detected at any operating point of the installation if the acquired variables are transferred based on a mathematical electrical motor model and / or a mathematical-hydraulic pump model, i. be converted to operating point independent variables and then compared with the stored variables or vice versa, so that a comparison of the power-determining variables is possible regardless of the operating point.
  • the method is used only after a predetermined time has elapsed, this predetermined time corresponding at least to the running-in time of the unit, in particular of the pump unit.
  • This is useful so that adjust the mechanical parts of the unit, any Einfahrwidernot be overcome in the camps and then after the break-in an initially quasi-stationary operating condition can be achieved, which forms a basis for the normal performance-determining characteristics of the device, so that only deviations be detected from this state later.
  • a comparison measurement it is not necessary for a comparison measurement to approach the same operating point. Rather, based on a plurality of operating points, a surface course having a multidimensional model character and dependent on the performance of a functional unit can be determined and stored again at temporal intervals and stored and compared with the or a previously determined one, the distance of the surface curves in a predetermined operating point or operating range or the volume spanned between the surface sections are used as a measure of the change in efficiency.
  • Such an evaluation is particularly advantageous because it can be done during continuous operation without any intervention in the performance of the machine.
  • Such a method is particularly advantageous in centrifugal pump units, as used for example as heating circulation pumps, which usually run on constantly changing operating points.
  • a Kálmán filter is advantageously used. This iteration method makes it possible to determine the course of the area sufficiently accurately with only a comparatively small number of measured operating points in order to be able to detect the deviations in question and to be able to determine them quantitatively.
  • the inventive method can in principle in any energy conversion devices consisting of several functional with each other linked functional units are used for monitoring. Particularly advantageous is the use of centrifugal pump units, compressors, heating systems, refrigerators, freezers and the like, which are typically operated over years and decades, without a decrease in efficiency would notice or announces a failure.
  • the monitoring method according to the invention is both suitable for detecting and displaying a poor running, ie a deterioration in efficiency, which makes early replacement of the unit or at least one functional unit of the unit appear economically sensible, as well as, for example, in freezers or freezers of particular advantage to be able to display the anticipated failure of the unit to provide timely replacement.
  • the inventive method can be used effectively to indicate an imminent failure in advance. It goes without saying that appropriate characteristic values are then suitably specified which were previously determined in the laboratory test, so that the downtimes can at least roughly be determined on the basis of the change in efficiency or the change in power of the machine.
  • the method according to the invention can advantageously be implemented in the form of a software program in the digital control and regulating electronics which are present anyway in modern units.
  • control and regulating electronics can be provided both in the unit itself and in the terminal or terminal box of the unit.
  • the method according to the invention in a centrifugal pump unit with an electric motor and a centrifugal pump driven by it in a device provided there for monitoring the performance of at least one functional unit of the unit applied.
  • a compressor unit with an electric motor and a positive displacement pump driven therefrom such a device according to the invention for monitoring the power characteristic, in particular for the efficiency detection and monitoring can be provided.
  • a cooling unit can be provided with an electric motor, with a positive displacement pump driven therefrom, with an evaporator and with a capacitor with a device for monitoring the performance, which operates according to the inventive method, wherein the monitoring of the performance characteristics not only on engine and Positive displacement pump limited, but advantageous evaporator and condenser includes.
  • a reduction in the efficiency is determined by the fact that the duration of the compressor is monitored after installation of the device. This can be done, for example, by determining the running time within 24 hours and then comparing it later, for example after six months, with the resulting runtime within 24 hours. It is to be assumed in the simplest form that due to constant environmental conditions and user behavior an increasing duty cycle is due to a deterioration in the efficiency of the system. More precise conclusions can be determined by an analysis of the time course of the compressor runtime.
  • a device for monitoring the performance of the burner and at least one of these heatable water cycle can be provided in order in this way, for example, combustion residues on the primary heat exchanger and concomitant efficiency deterioration to be able to capture.
  • a corresponding signal lamp thus also an indication of the required cleaning service will be given, which can thus be determined as needed.
  • the device is designed so that it automatically starts after a predetermined time after commissioning of the unit or the system with the detection and storage for monitoring the performance characteristics, in particular for determining the effectiveness and monitoring sizes and at appropriate intervals again these sizes recorded and compared with the pre-stored and / or the originally stored variables and displays a possibly impermissibly high deviation.
  • the device therefore advantageously has a measured value memory in which at least the variables detected at the beginning of the measurement or variables derived therefrom are stored.
  • the machine is monitored as far as possible in its entirety by the method according to the invention. However, it may also be sufficient to monitor only one functional unit of the machine. This will be particularly useful if the machine has a functional unit that typically fails significantly before all other functional units due to wear or otherwise.
  • Fig. 1 is an energy conversion device consisting of the functional units 1 and 2 shown by way of example for a variety of machines, systems and units.
  • the functional units 1 and 2 are independent of each other supervised.
  • first of all the power P 1 received by the functional unit 1 is dependent on one or more variables x 1 recorded and stored, as in Fig. 1 represented by 3.
  • the variables x 1 are through u 1 and y 1 , so that the area shown in FIG. 3 corresponds to the energy balance of the functional unit 1 at the entrance.
  • a power P 2 sets in at the output, which in turn depends on the variables x 1 is. This area is shown in FIG.
  • the functional units 1 and 2 are functional, z. B.
  • the representation 4 of the representation 5 corresponds to the power P 2 here in dependence on x 2 defined according to the energy balance at the input of the functional unit 2, depending on the variables u 2 and y 2 .
  • a power P 3 At the output of the functional unit 2 is a power P 3 , as shown in FIG. 6 and dependent on x 2 is.
  • the surfaces marked by hatching in FIGS. 3 to 6 are determined at the beginning of the method. This can be factory-made or only after some time in operation. This can be done as an initialization process or during operation. In any case, it takes place at a time t 1 , which, if several operating points are to be detected, can also represent a time range. At a time t 2 , an energy balance at the input of the functional unit 1, at the output of the functional unit 1, at the input of the functional unit 2 and at the output of the functional unit 2 is then created in the same way. The corresponding representations are marked 3 ', 4', 5 'and 6'.
  • determined sizes or areas with the determined and stored at time t 1 sizes or areas efficiency reductions of individual functional units 1, 2 can be detected wherein the distance of the hatched areas in 3 and 3 'and 4 and 4' and 5 and 5 'and 6 and 6', respectively, at a predetermined operating point determined or the volume spanned between these areas is determined and when a predetermined value is exceeded, a signal is generated, which indicates to the user that in the machine efficiency deterioration has taken place, which is an exchange or a repair or an immediate replacement or an immediate repair expedient.
  • different signals may be generated, for example, a first warning signal indicative of a certain level of reduced efficiency and a second warning signal indicative of such a reduction in efficiency requiring replacement or repair. Since the functional units 1 and 2 are monitored separately from one another, it can furthermore be determined which of the functional units is wholly or partially responsible for the reduction in efficiency.
  • the constants are a p2 , a p1 , a p0, and p offset .
  • Fig. 2a illustrated three-dimensional areas, which describe the power at the interfaces before, between and behind the functional units 1 a and 2 a, are detected and stored at a time t 1 .
  • the detection typically occurs during normal operation for a short period of time which is negligibly small with respect to the monitoring interval (time from T 1 to t 2 ), after which, after a longer period of time, namely at time t 2, this process is repeated so that the surfaces according to the representations 8 ', 9' and 10 'result.
  • Fig. 2a In monitoring as they are based on Fig. 2a is displayed, there is a performance monitoring in front of and behind each functional unit 1 a, 2a. However, this can be dispensable depending on the application. Also, it is not absolutely necessary to determine the surface curves having the multi-dimensional and model character representing the input or output power, as defined by equations 8, 9 and 10, but rather, like the embodiment according to FIG Fig. 2b clarified, for example, in place of the power P 3 as shown in Figure 10 in Fig. 2a Alternatively, the hydraulic power characteristic can be determined, that is, the differential pressure applied by the pump 2a as a function of the drive speed ⁇ r and the flow rate q. Which is detected and stored at time t 1 .
  • Fig. 2c is another way of monitoring such a pump unit consisting of the functional units 1a and 2a shown.
  • the power P 1 is detected there as a function of ⁇ e and Q as shown in FIG. 8 a and is compared with the corresponding power as shown in FIG. 8 a 'at a time interval between t 1 and t 2 .
  • the power P 2 is determined there as a function of ⁇ p and ⁇ r , as the illustration according to 9a or 9a 'illustrates.
  • the efficiency of the motor ⁇ m is the quotient of P 2 and P 1 and is dependent on ⁇ e (the supply frequency ) and s , the slip of the motor.
  • the motor efficiency is in Fig. 2c in the representation 11 a represented by the area in the diagram in each operating point.
  • the power P 2 is shown as a function of ⁇ p and ⁇ r .
  • the power P 1 of the motor 1 a is likewise represented in the form of a surface as a function of the supply frequency and the flow rate of the pump.
  • Analogous to Fig. 1 are the basis of the surfaces 8a, 9a, 11a and 11b shown performances and efficiencies at time t 1 were determined and stored, whereas at time t 2 corresponding comparison surfaces have been determined, as a measure of the change in efficiency of the distance of the surfaces in the Representations 11a and 11 a 'and 11 b and 11 b' are used.
  • the efficiency of the pump 2a decreases in the course of time t 1 to t 2 due to bearing damage
  • the surfaces in the representations 11 a and 11 a ' will be in one another, whereas the surfaces in the representations 11 b and 11 b' a clear distance from each other, based on an operating point. Instead of this distance, a volume can also be defined.
  • k ⁇ V n / (n-1) / ( 2 ⁇ )
  • n is a non-1 constant that describes the heat flow during compression. If the process runs under constant temperature, then n can also be assumed to be constant.
  • the engine power P 1 can be monitored in an analogous manner as indicated above by equation (8).
  • Fig. 4 Based on Fig. 4 is the inventive method for a refrigerator shown consisting of a motor 1c, a positive displacement pump 2c, whose output is applied to an evaporator 3c, which is connected via a throttle 4c to a capacitor 5c, whose Output is connected to the input of the pump 2c line connected.
  • the refrigerator is marked 7c.
  • the equation 15 describes the power P 2 at the input of the compressor whereas the equation 17, the power at the output describes the compressor.
  • the areas to be determined here for determining the power at the interfaces of the functional units may be two-dimensional or multi-dimensional.
  • the area according to illustration 17 is two-dimensional, ie a line.
  • the other surfaces shown here are all three-dimensional. It is understood that these surfaces may possibly be more than three-dimensional, depending on the type of machine to be monitored and the underlying mathematical physical relationships.
  • the monitoring is carried out in an analogous manner by determining the power at the interfaces of the functional units surfaces according to representations 14, 15 and 17 at time t 1 and after a time interval at time t 2 (then resulting in the surfaces according to the Representations 14 '15' and 17 '), to then determine by determining the distance of the surfaces or the volume spanned therebetween, which of the functional units 1 c, 2 c, by which degree have fallen in their efficiency.
  • the method according to the invention can be used in a wide variety of devices, such as Aggregates, machines and equipment are used, which advantageously always the multi-dimensional surfaces are determined, each defining the power at the interfaces of the functional units to each other in any operating point and thus give a reliable measure of the performance of the functional units and appropriate evaluation of the entire device if they are compared with each other at different times (eg, t 1 and t 2 ).
  • times t 1 and t 2 are here to be understood as examples only, expediently the values determined at time t 1 always remain stored in order to be able to compare them with later ones, which however does not rule out that intermediate values are also stored if necessary, also to record the speed of the change. This too can be evaluated in a corresponding evaluation device.
  • EP 1 564 411 A1 where comparable evaluations are described in detail.
  • two-dimensional or more-dimensional surfaces have always been used to determine the power balance at the interfaces of the functional units, since this allows an evaluation virtually independent of the respective operating point. At substantially constant operating points, these evaluations can also be simplified by comparing individual quantities at intervals with each other, via which conclusions can be drawn about the efficiency indirectly or directly.
  • the two- or multi-dimensional surfaces in question are advantageously determined during operation, whereby it is attempted by suitable iteration methods to achieve a high accuracy of the surfaces on the basis of as few as possible different operating points. This can be achieved in particular by using the Kámán filter, as has already been described above. It however, other suitable iteration methods may be used. It is also conceivable that, for example, in a pump unit, certain operating points are approached targeted to capture the power balance representing surface area with the highest possible accuracy or to dispense with targeted detection of defined operating points on the determination of such areas.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Energieumwandlungseinrichtung, die aus mehreren funktionell miteinander verknüpften Funktionseinheiten besteht. Solche Energieumwandlungseinrichtungen im Sinne der Erfindung können beispielsweise elektromotorisch angetriebene Kreiselpumpenaggregate, elektromotorisch angetriebene Kompressoren, damit bestückte Anlagen oder dergleichen sein. Sie bestehen aus mehreren funktionell miteinander verknüpften Funktionseinheiten, wie beispielsweise Elektromotor und Kreiselpumpe oder Elektromotor und Verdrängerpumpe oder Verbrennungsmotor und elektrischer Generator. Derartige Energieumwandlungseinrichtungen finden heutzutage in nahezu allen technischen, aber auch häuslichen Bereichen Anwendung.The invention relates to a method for monitoring an energy conversion device, which consists of several functionally linked functional units. Such energy conversion devices in the context of the invention may be, for example, electric motor driven centrifugal pump units, electric motor driven compressors, equipment equipped therewith or the like. They consist of several functionally linked functional units, such as electric motor and centrifugal pump or electric motor and positive displacement pump or combustion engine and electric generator. Such energy conversion devices are used today in almost all technical but also domestic applications.

Zwar ist man im Zuge der knapper werdenden Ressourcen stets bemüht, Maschinen, Anlagen oder sonstige Energieumwandlungseinrichtungen so aufzubauen, dass diese mit möglichst hohem Wirkungsgrad über lange Zeit arbeiten, doch stellt sich in der Praxis häufig das Problem, dass die anfänglich hohen Wirkungsgrade nachlassen und die Einrichtung weiterbetrieben wird, obwohl sie schon lange nicht mehr den gewünschten Wirkungsgrad aufweist. Dieses Phänomen ist beispielsweise bei Heizungsumwälzpumpen oder bei Kühlschränken zu beobachten. Ein Austausch erfolgt typischerweise nur dann, wenn ein Defekt offenkundig ist oder die Einrichtung den bestimmungsgemäßen Dienst vollständig versagt.Although, in the course of dwindling resources, efforts are always made to build machinery, equipment or other energy conversion facilities so that they work with the highest possible efficiency for a long time, but in practice often poses the problem that the initial high efficiencies diminish and the Device continues to operate, although it no longer has the desired efficiency for a long time. This phenomenon can be observed, for example, in heating circulation pumps or in refrigerators. An exchange typically only occurs if a defect is evident or if the device completely fails the designated service.

In vielen solcher Fälle wäre es jedoch wirtschaftlich sinnvoll, die Einrichtung vorher auszutauschen oder zumindest die defekte oder mangelhaft arbeitende Funktionseinheit zu ersetzen oder instandzusetzen.In many such cases, however, it would make economic sense to replace the device beforehand or at least to replace or repair the defective or defective functional unit.

Aus DE-A-10 2007 009 301 zählt zwar schon ein gattungsgemäßes Verfahren für eine Pumpe zum Stand der Technik, bei dem der Durchflusswert von einem Regler während des Betriebs der Pumpe anhand der Drehzahl und anhand von zuvor tabellarisch abgelegten Werten ermittelt und mit einem Durchflussschwellenwert verglichen wird, allerdings dient die dort beschriebene Überwachung zur Ermittlung von gefährlichen Betriebszuständen und nicht zur Überwachung des Wirkungsgrades.Out DE-A-10 2007 009 301 Although already a generic method for a pump to the prior art, in which the flow value is determined by a controller during operation of the pump based on the speed and based on previously tabulated values and compared with a flow threshold, but the monitoring described therein serves for the determination of dangerous operating conditions and not for monitoring the efficiency.

Aus EP-A-1 564 411 mit allen Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zählt ein vergleichbares Verfahren zum Stand der Technik, mit dem der ordnungsgemäße Betrieb der Pumpe überwacht wird.Out EP-A-1 564 411 With all features of the preamble of claim 1, there is a comparable prior art method which monitors the proper operation of the pump.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Überwachung einer Energieumwandlungseinrichtung, die aus mehreren funktionell miteinander verknüpften Funktionseinheiten besteht, zu verbessern, insbesondere dahingehend, dass nicht nur ein Fehlzustand, sondern auch schon eine Wirkungsgradverschlechterung erfassbar ist. Weiterhin sollen entsprechende Energieumwandlungseinrichtungen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet werden.Against this background, the invention has the object, a generic method for monitoring an energy conversion device, which consists of a plurality of functionally interconnected functional units to improve, in particular to the effect that not only a false state, but also a deterioration in efficiency is detected. Furthermore, corresponding energy conversion devices for carrying out the method according to the invention are to be formed.

Der verfahrensmäßige Teil dieser Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Aggregate sowie eine Anlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 13 bis 16 angegeben, vorteilhafte Ausgestaltungen in den Unteransprüchen.The procedural part of this object is achieved by the features specified in claim 1. Aggregates and a system for carrying out the method according to the invention are specified in claims 13 to 16, advantageous embodiments in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht ein Verfahren zur Überwachung einer Energieumwandlungseinrichtung vor, die aus mehreren funktionell miteinander verknüpften Funktionseinheiten besteht, zu schaffen, bei dem leistungsabhängige Größen mindestens einer Funktionseinheit in zeitlichen Abständen selbsttätig erfasst und/oder errechnet werden und miteinander oder mit davon abgeleiteten Werten und/oder mit vorgegebenen Werten verglichen werden und in Abhängigkeit dieses Vergleichs ein entsprechendes Signal erzeugt wird. Erfindungsgemäß werden dabei leistungsabhängige Größen mindestens zweier funktionell miteinander verknüpfter Funktionseinheiten, vorzugsweise sämtlicher Funktionseinheiten in zeitlichen Abständen selbsttätig erfasst und/oder errechnet, wobei die leistungsabhängigen Ausgangsgrößen oder davon abgeleitete Größen der einen Funktionseinheit die leistungsabhängigen Eingangsgrößen des dieser funktionell nachgeschalteten Funktionseinheit bilden. Anhand dieses Signals kann dann festgestellt werden, ob die Einrichtung noch mit der gewünschten Effektivität arbeitet, ggf. eine oder auch mehrere Funktionseinheiten ungenügende Leistung erbringen bzw. mit einem verringerten Wirkungsgrad arbeiten und somit ermittelt werden, ob die Einrichtung instandzusetzen oder auszutauschen ist. Durch diese Verknüpfung können bei der Berechnung mathematische Modelle eingesetzt werden und die vorgenannten Überwachungsaufgaben unter Zugrundelegung nur vergleichsweise weniger zu messender Größen zuverlässig gewährleistet werden.The solution according to the invention provides a method for monitoring an energy conversion device, which consists of a plurality of functionally linked functional units, in which power-dependent variables of at least one functional unit are automatically acquired and / or calculated at intervals and with each other or with values derived therefrom and / or or are compared with predetermined values and a corresponding signal is generated as a function of this comparison. According to the invention, power-dependent variables of at least two functionally connected functional units, preferably of all functional units, are automatically detected and / or calculated at intervals, the power-dependent output variables or variables derived therefrom of the one functional unit forming the power-dependent input variables of the function unit downstream of this functional unit. Based on this signal can then be determined whether the device is still working with the desired effectiveness, possibly provide one or more functional units insufficient performance or work with a reduced efficiency and thus determined whether the device is repair or replace. By means of this combination mathematical models can be used in the calculation and the above-mentioned monitoring tasks can be reliably ensured on the basis of only comparatively less measurable variables.

Der Grundgedanke des Verfahrens liegt darin, mindestens eine Funktionseinheit in zeitlichen Abständen hinsichtlich ihres Wirkungsgrades zu überwachen und das Ergebnis mittels eines Signals anzuzeigen oder automatisch auswertbar zu machen. Dabei werden in einfachster Form in zeitlichen Abständen leistungsabhängige Größen einer Funktionseinheit selbsttätig erfasst und mit vorgegebenen, mit zuvor ermittelten oder davon abgeleiteten Werten verglichen. So kann beispielsweise durch Vergleich einer unmittelbar nach Inbetriebnahme der Einrichtung ermittelten leistungsabhängigen Größe einer ihrer Funktionseinheiten und Vergleich mit vorgegebenen Werten ermittelt werden, ob überhaupt die fabrikmäßig vorgesehene Performance erbracht wird oder nicht. Es kann dann in weiteren, vorzugsweise größeren zeitlichen Abständen durch Vergleich mindestens einer leistungsabhängigen Größe ermittelt werden, ob und in welchem Maße sich der Wirkungsgrad der Funktionseinheit verschlechtert hat. Dabei wird vorteilhaft gemäß der Erfindung nicht nur eine, sondern es werden zweckmäßigerweise sämtliche den Wirkungsgrad der Einrichtung wesentlich bestimmende Funktionseinheiten in der vorbeschriebenen Weise überwacht. Durch die Überwachung des Leistungsverhaltens und entsprechende Signalverarbeitung kann eine Energieumwandlungseinrichtung, also insbesondere ein Aggregat, eine Maschine oder eine Anlage selbstlernend seine individuellen Leistungseigenschaften, das daraus resultierende Betriebsverhalten, die Lebenserwartung und dergleichen ermitteln und anzeigen.The basic idea of the method is to monitor at least one functional unit at intervals with regard to its efficiency and to display the result by means of a signal or to make it automatically evaluable. In the simplest form, power-dependent variables of a functional unit are automatically detected at intervals over time and compared with predetermined values determined beforehand or derived therefrom. Thus, for example, by comparing an immediately after commissioning of the device determined performance-dependent size of one of its functional units and comparison with predetermined values are determined whether the factory default performance is provided or not. It can then be determined in further, preferably larger time intervals by comparing at least one power-dependent variable, whether and to what extent the efficiency of the functional unit has deteriorated. It is advantageous according to the invention, not only one, but it is suitably monitored all the efficiency of the device substantially determining functional units in the manner described above. By monitoring the performance and corresponding signal processing, an energy conversion device, ie in particular an aggregate, a machine or a system can self-learning determine and display its individual performance characteristics, the resulting operating behavior, life expectancy and the like.

Leistungsabhängige Größen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind solche, welche in irgendeinem Zusammenhang mit der Leistungscharakteristik einer Funktionseinheit stehen. So kann beispielsweise bei diskontinuierlich arbeitenden Aggregaten, wie beispielsweise dem Kompressor eines Kühlschrankes, auch der zeitliche Verlauf der Ein- und Ausschaltvorgänge eine leistungsabhängige Größe im Sinne der vorliegenden Erfindung sein.Performance-dependent variables in the sense of the present invention are those which stand in some connection with the performance characteristic of a functional unit. Thus, for example, in discontinuously operating units, such as the compressor of a refrigerator, and the timing of the switching on and off a performance-dependent size in the sense of the present invention.

Vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Einrichtungen sind in den weiteren Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung angegeben.Advantageous embodiments of the method according to the invention as well as devices operating according to the method of the invention are specified in the further claims and the following description and drawing.

Vergleichsweise einfach kann die erfindungsgemäße Wirkungsgradüberwachung der Einrichtung oder zumindest einzelner Funktionseinheiten der Einrichtung erfolgen, wenn die Funktionseinheiten stets im gleichen Betriebspunkt laufen, da dann typischerweise ein Messwert ausreicht, um die bestimmungsgemäße oder abgefallene Leistung/Wirkungsgrad der jeweiligen Einheit zu bestimmen. Komplizierter ist dies jedoch, wenn eine Energieumwandlungseinrichtung wie beispielsweise eine Heizungsumwälzpumpe zu überwachen ist. Derartige Aggregate bestehen typischerweise aus den Funktionseinheiten Motor und Kreiselpumpe, wobei die Kreiselpumpe typischerweise ständig ihren Betriebspunkt ändert, da sich der Rohrnetzwiderstand der Heizungsanlage aufgrund äußerer Einflüsse ändert. Um hier vergleichbare leistungsabhängige Größen zu haben, ist es zwecksmäßig, die sich anhand eines elektrisch-mechanischen Motormodells sowie die sich aufgrund eines mechanisch-hydraulischen Pumpenmodells ergebenden Größen an der Schnittstelle zwischen Motor und Pumpe anzuwenden, um auf diese Weise den Leistungsstand des Pumpenaggregats zu ermitteln. Alternativ kann die Ermittlung auch dadurch erfolgen, dass zwei hydraulische Größen der Pumpe, typischerweise die Fördermenge und die Förderhöhe ermittelt werden und über eine entsprechende Modellrechnung mit der vom Motor abgegebenen mechanischen Leistung gleichgesetzt werden.The efficiency monitoring according to the invention of the device or at least individual functional units of the device can be carried out comparatively easily if the functional units are always in the same position Run operating point, since then typically a reading is sufficient to determine the intended or decreased power / efficiency of each unit. However, this is more complicated if an energy conversion device such as a heating circulation pump is to be monitored. Such aggregates typically consist of the functional units engine and centrifugal pump, wherein the centrifugal pump typically constantly changes its operating point, since the pipe network resistance of the heating system changes due to external influences. In order to have comparable performance-related variables here, it is appropriate to use an electric-mechanical motor model and the variables resulting from a mechanical-hydraulic pump model at the motor-pump interface to determine the power level of the pump set , Alternatively, the determination can also take place in that two hydraulic variables of the pump, typically the flow rate and the delivery head, are determined and equated with the mechanical output delivered by the engine via a corresponding model calculation.

Besonders vorteilhaft ist es, bei derartigen Einrichtungen, bei denen die Betriebspunkte ständig wechseln und somit davon auszugehen ist, dass bei zeitlich mit Abstand erfolgenden Messungen aller Voraussicht nach nicht derselbe Betriebspunkt wieder erreicht wird, in zeitlich kurzem Abstand mehrere Messungen durchzuführen und anhand der so ermittelten Betriebspunkte leistungsabhängige, ggf. mehrdimensionale Flächenverläufe an den Schnittstellen der Funktionseinheiten zueinander zu ermitteln und mit zuvor ermittelten zu vergleichen. Dabei werden diese rechnerisch ermittelten Flächen vorteilhaft unter Verwendung eines Kálmán-Filters angenähert, so dass schon mit vergleichsweise wenigen Messungen die jeweilige leistungsbestimmende Fläche hinreichend genau bestimmt werden kann. Es kann dann der Abstand solcher in längerem zeitlichen Abstand ermittelten Flächen in einem bestimmten Betriebspunkt oder das zwischen den Flächen aufgespannte Volumen als Maß für die Wirkungsgradänderung, typischerweise den Wirkungsgradabfall herangezogen werden.It is particularly advantageous in such facilities, in which the operating points change constantly and is therefore assumed that in temporally spaced measurements of all probability not the same operating point is reached again in a short time to perform several measurements and based on the thus determined Operating points to determine performance-dependent, possibly multi-dimensional surface curves at the interfaces of the functional units to each other and to compare with previously determined. In this case, these calculated surfaces are advantageously approximated using a Kálmán filter, so that even with comparatively few measurements, the respective performance-determining surface can be determined with sufficient accuracy. It can then be the distance of such In a longer time interval determined areas at a certain operating point or spanned between the surfaces volume as a measure of the efficiency change, typically the efficiency drop can be used.

Vorteilhaft wird das erfindungsgernäße Verfahren während des normalen Betriebs der Einrichtung, also bei einem Pumpenaggregat während des bestimmungsgemäßen Förderbetriebs durchgeführt, wobei der zeitliche Abstand zum Erfassen der quasi zeitgleichen Betriebspunkte zur Bestimmung des Flächenverlaufs im Bereich von beispielsweise Minuten liegen kann, wohingegen das Zeitintervall, nach dem eine Vergleichsmessung durchgeführt wird, im Tages-, Wochen- oder Monatsbereich liegen kann, je nach Gerätetyp. Vergleichsweise lange Intervalle werden sich z. B. bei Heizungsumwälzpumpen ergeben, wohingegen kurze Intervalle bei Kompressoren, insbesondere für Kühlanlagen zweckmäßig sein können, da mit einem solchen Überwachungsverfahren nicht nur eine Wirkungsgradverschlechterung, sondern auch ein möglicherweise zu erwartender Ausfall der Einrichtung detektiert werden kann.Advantageously, the method according to the invention is carried out during the normal operation of the device, that is to say in the case of a pump unit during the intended conveying operation, wherein the time interval for detecting the quasi-simultaneous operating points for determining the course of the area may be in the range of, for example, minutes, whereas the time interval after a comparative measurement is performed, may be in the daily, weekly or monthly range, depending on the device type. Comparatively long intervals are z. As result in heating circulation pumps, whereas short intervals in compressors, especially for cooling systems may be appropriate because with such a monitoring method not only a deterioration in efficiency, but also a possible expected failure of the device can be detected.

Der zeitliche Abstand, in welchem die zum Vergleich anstehenden leistungsabhängigen Größen ermittelt werden, hängt also sowohl vom Maschinentyp, als auch vom Einsatzzweck ab. Der Vergleich erfolgt jedoch zweckmäßigerweise unter Zugrundelegung der zuvor erfassten Größen oder vorgegebener Werte, wobei letzteres Verfahren den Vorteil hat, dass damit auch bereits eine Schlechtfunktion bei Inbetriebnahme detektierbar ist.The time interval in which the performance-dependent variables to be compared are thus determined depends both on the type of machine and on the intended use. The comparison is, however, expediently based on the previously acquired variables or predetermined values, the latter method having the advantage that a poor function can thus already be detected during commissioning.

Mit deutlich geringerem messtechnischen und rechnerischen Aufwand kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden, wenn zunächst eine die Leistungsaufnahme des Motors bestimmende elektrische Größe des Motors und mindestens eine den hydraulischen Betriebspunkt der Pumpe bestimmende Größe erfasst und gespeichert werden und für die spätere Vergleichsmessung so lange gewartet wird, bis der zuvor erfasste hydraulische Betriebspunkt erneut erreicht ist und dann die Leistungsaufnahme des Motors bestimmende Größen des Motors erfasst und mit den zunächst gespeicherten verglichen werden. Dann kann ein direkter Vergleich erfolgen, ohne dass Betriebspunktabweichungen und damit die vorgenannten Flächenverläufe ermittelt werden müssen.With significantly lower metrological and computational effort, the method according to the invention can be carried out when first recorded and stored a determining the power consumption of the motor electrical size of the motor and at least one of the hydraulic operating point of the pump-determining variable be waited and for the subsequent comparison measurement until the previously detected hydraulic operating point is reached again and then the power consumption of the engine determining variables of the engine are detected and compared with the first stored. Then, a direct comparison can be made without operating point deviations and thus the aforementioned surface curves must be determined.

Alternativ können auch die später zur Vergleichsmessung erfassten Größen in einem beliebigen Betriebspunkt der Anlage erfasst werden, wenn die erfassten Größen unter Zugrundelegung eines mathematischen, elektrischen Motormodells und/oder eines mathematischhydraulischen Pumpenmodells transferiert, d.h. auf betriebspunktunabhängige Größen umgerechnet werden und dann mit den gespeicherten Größen verglichen werden oder umgekehrt, so dass auch unabhängig vom Betriebspunkt ein Vergleich der leistungsbestimmenden Größen möglich ist.Alternatively, the variables acquired later for comparison measurement can also be detected at any operating point of the installation if the acquired variables are transferred based on a mathematical electrical motor model and / or a mathematical-hydraulic pump model, i. be converted to operating point independent variables and then compared with the stored variables or vice versa, so that a comparison of the power-determining variables is possible regardless of the operating point.

Vorteilhaft wird gemäß der Erfindung das Verfahren erst nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit angewendet, wobei diese vorbestimmte Zeit mindestens der Einfahrzeit des Aggregats, insbesondere des Pumpenaggregats entspricht. Dies ist sinnvoll, damit sich die mechanischen Teile des Aggregats einstellen, etwaige Einfahrwiderstände in den Lagern überwunden werden und dann nach der Einfahrzeit ein zunächst quasi stationärer Betriebszustand erreicht werden kann, der eine Basis für die normalen leistungsbestimmenden Eigenschaften des Gerätes bildet, so dass nur Abweichungen von diesem Zustand später detektiert werden.Advantageously, according to the invention, the method is used only after a predetermined time has elapsed, this predetermined time corresponding at least to the running-in time of the unit, in particular of the pump unit. This is useful so that adjust the mechanical parts of the unit, any Einfahrwiderstände be overcome in the camps and then after the break-in an initially quasi-stationary operating condition can be achieved, which forms a basis for the normal performance-determining characteristics of the device, so that only deviations be detected from this state later.

Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn nach Ablauf der vorbestimmten Zeit, also typischerweise der Einfahrzeit selbsttätig mindestens ein Betriebsprofil erfasst und der zu erwartende Energieverbrauch unter Berücksichtigung der ggf. ermittelten Wirkungsgradänderung bestimmt und durch geeignete Mittel angezeigt wird. Mit diesem Verfahren ist es möglich, nach der Einfahrzeit selbsttätig zu ermitteln, ob das Aggregat die hinsichtlich Leistung/Wirkungsgrad angegebenen Werte erfüllt bzw. welcher darüber hinausgehende veränderte Energieverbrauch aufgrund einer Wirkungsgradverschlechterung zu erwarten sein wird.In this case, it is particularly advantageous if, after the expiry of the predetermined time, ie typically the break-in period, at least one operating profile is detected automatically and the expected energy consumption is determined taking into account the possibly determined change in efficiency and indicated by appropriate means. With this method, it is possible to automatically determine after the break-in period whether the unit will meet the values specified in terms of performance / efficiency or what additional changes in energy consumption will be expected due to a deterioration in efficiency.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es für eine Vergleichsmessung nicht erforderlich, denselben Betriebspunkt anzufahren. Es kann vielmehr anhand mehrerer Betriebspunkte ein von der Leistung einer Funktionseinheit abhängiger, mehrdimensionaler Modellcharakter aufweisender Flächenverlauf ermittelt und gespeichert werden und in zeitlichen Abständen erneut ein solcher Flächenverlauf ermittelt und gespeichert und mit dem oder einem zuvor ermittelten verglichen werden, wobei dann der Abstand der Flächenverläufe in einem vorbestimmten Betriebspunkt oder Betriebsbereich oder das zwischen den Flächenverfäufen aufgespannte Volumen als Maß für die Wirkungsgradänderung herangezogen werden. Eine solche Auswertung ist besonders vorteilhaft, da sie während des kontinuierlichen Betriebs ohne jeglichen Eingriff in das Betriebsverhalten der Maschine erfolgen kann. Ein solches Verfahren ist insbesondere bei Kreiselpumpenaggregaten, wie sie beispielsweise als Heizungsumwälzpumpen eingesetzt werden, von Vorteil, die üblicherweise auf sich ständig ändernden Betriebspunkten laufen. Zur Ermittlung des Flächenverlaufs anhand der Betriebspunkte wird vorteilhaft ein Kálmán-Filter verwendet. Dieses Iterationsverfahren erlaubt es, mit nur einer vergleichsweise kleinen Anzahl von gemessenen Betriebspunkten den Flächenverlauf hinreichend genau zu bestimmen, um die hier in Rede stehenden Abweichungen zu detektieren und quantitativ bestimmen zu können.According to an advantageous development of the method according to the invention, it is not necessary for a comparison measurement to approach the same operating point. Rather, based on a plurality of operating points, a surface course having a multidimensional model character and dependent on the performance of a functional unit can be determined and stored again at temporal intervals and stored and compared with the or a previously determined one, the distance of the surface curves in a predetermined operating point or operating range or the volume spanned between the surface sections are used as a measure of the change in efficiency. Such an evaluation is particularly advantageous because it can be done during continuous operation without any intervention in the performance of the machine. Such a method is particularly advantageous in centrifugal pump units, as used for example as heating circulation pumps, which usually run on constantly changing operating points. To determine the course of the surface on the basis of the operating points, a Kálmán filter is advantageously used. This iteration method makes it possible to determine the course of the area sufficiently accurately with only a comparatively small number of measured operating points in order to be able to detect the deviations in question and to be able to determine them quantitatively.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell bei beliebigen Energieumwandlungseinrichtungen, die aus mehreren funktionell miteinander verknüpften Funktionseinheiten bestehen, zur Überwachung eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz bei Kreiselpumpenaggregaten, bei Kompressoren, bei Heizungsanlagen, bei Kühlschränken, Gefriertruhen und dergleichen, die typischerweise über Jahre und Jahrzehnte betrieben werden, ohne dass eine Wirkungsgradverschlechterung auffallen würde oder sich ein Ausfall ankündigt. So ist das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren sowohl geeignet, einen Schlechtlauf, also eine Wirkungsgradverschlechterung zu detektieren und anzuzeigen, der einen vorzeitigen Austausch des Aggregats oder zumindest einer Funktionseinheit des Aggregats wirtschaftlich sinnvoll erscheinen lässt, als auch, wie dies beispielsweise bei Gefriertruhen oder Gefrierschränken von besonderem Vorteil ist, den zu erwartenden Ausfall des Aggregates anzeigen zu können, um rechtzeitig für Ersatz zu sorgen. Auch bei größeren Maschinen, deren Stillstand wirtschaftliche Konsequenzen nach sich zieht, kann das erfindungsgemäße Verfahren wirksam eingesetzt werden, um einen bevorstehenden Ausfall rechtzeitig vorher anzuzeigen. Es versteht sich, dass dann zweckmäßigerweise entsprechende Kennwerte vorgegeben werden, welche im Laborversuch zuvor ermittelt wurden, so dass anhand der Wirkungsgradänderung bzw. des Leistungsänderungsveriaufs der Maschine die Ausfallzeit zumindest grob bestimmt werden kann.The inventive method can in principle in any energy conversion devices consisting of several functional with each other linked functional units are used for monitoring. Particularly advantageous is the use of centrifugal pump units, compressors, heating systems, refrigerators, freezers and the like, which are typically operated over years and decades, without a decrease in efficiency would notice or announces a failure. Thus, the monitoring method according to the invention is both suitable for detecting and displaying a poor running, ie a deterioration in efficiency, which makes early replacement of the unit or at least one functional unit of the unit appear economically sensible, as well as, for example, in freezers or freezers of particular advantage to be able to display the anticipated failure of the unit to provide timely replacement. Even with larger machines whose stoppage entails economic consequences, the inventive method can be used effectively to indicate an imminent failure in advance. It goes without saying that appropriate characteristic values are then suitably specified which were previously determined in the laboratory test, so that the downtimes can at least roughly be determined on the basis of the change in efficiency or the change in power of the machine.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft in Form eines Softwareprogramms in die bei modernen Aggregaten ohnehin vorhandene digitale Steuer- und Regelelektronik implementiert werden. Bei Pumpenaggregaten und Kompressoren kann eine solche Steuer- und Regelelektronik sowohl im Aggregat selbst als auch in dem Klemmen- oder Anschlusskasten des Aggregats vorgesehen sein.The method according to the invention can advantageously be implemented in the form of a software program in the digital control and regulating electronics which are present anyway in modern units. In pump units and compressors, such control and regulating electronics can be provided both in the unit itself and in the terminal or terminal box of the unit.

Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Kreiselpumpenaggregat mit einem elektrischen Motor und einer davon angetriebenen Kreiselpumpe in einer dort vorgesehenen Einrichtung zur Überwachung der Leistungscharakteristik von mindestens einer Funktionseinheit des Aggregats angewandt. Auch bei einem Kompressoraggregat mit einem elektrischen Motor und einer davon angetriebenen Verdrängerpumpe kann eine solche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Einrichtung zur Überwachung der Leistungscharakteristik, insbesondere zur Wirkungsgraderfassung und -überwachung vorgesehen sein. Vorteilhaft kann ein Kühlaggregat mit einem elektrischen Motor, mit einer davon angetriebenen Verdrängerpumpe, mit einem Verdampfer und mit einem Kondensator mit einer Einrichtung zur Überwachung der Leistungscharakteristik versehen sein, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, wobei die Überwachung der Leistungscharakteristik sich nicht nur auf Motor und Verdrängerpumpe beschränkt, sondern vorteilhaft Verdampfer und Kondensator mitumfasst.Advantageously, the method according to the invention in a centrifugal pump unit with an electric motor and a centrifugal pump driven by it in a device provided there for monitoring the performance of at least one functional unit of the unit applied. Even with a compressor unit with an electric motor and a positive displacement pump driven therefrom, such a device according to the invention for monitoring the power characteristic, in particular for the efficiency detection and monitoring can be provided. Advantageously, a cooling unit can be provided with an electric motor, with a positive displacement pump driven therefrom, with an evaporator and with a capacitor with a device for monitoring the performance, which operates according to the inventive method, wherein the monitoring of the performance characteristics not only on engine and Positive displacement pump limited, but advantageous evaporator and condenser includes.

Insbesondere bei Kühlschränken ist eine Verminderung des Wirkungsgrades dadurch zu ermitteln, dass die Laufzeit des Kompressors nach der Installation der Einrichtung überwacht wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Laufzeit innerhalb von 24 Stunden ermittelt wird und dann später, beispielsweise nach sechs Monaten mit der sich dann ergebenden Laufzeit innerhalb von 24 Stunden verglichen wird. Es ist in einfachster Form davon auszugehen, dass aufgrund von gleichbleibenden Umgebungsverhältnissen und Benutzerverhalten eine zunehmende Einschaltdauer durch eine Wirkungsgradverschlechterung der Anlage bedingt ist. Genauere Rückschlüsse lassen sich durch eine Analyse des zeitlichen Verlaufs der Kompressorlaufzeit ermitteln.In particular, in refrigerators, a reduction in the efficiency is determined by the fact that the duration of the compressor is monitored after installation of the device. This can be done, for example, by determining the running time within 24 hours and then comparing it later, for example after six months, with the resulting runtime within 24 hours. It is to be assumed in the simplest form that due to constant environmental conditions and user behavior an increasing duty cycle is due to a deterioration in the efficiency of the system. More precise conclusions can be determined by an analysis of the time course of the compressor runtime.

In analoger Weise kann bei einer Heizanlage eine Einrichtung zur Überwachung der Leistungscharakteristik vom Brenner und mindestens einem von diesem beheizbaren Wasserkreislauf vorgesehen sein, um auf diese Weise beispielsweise Verbrennungsrückstände am Primärwärmetauscher und damit einhergehende Wirkungsgradverschlechterungen erfassen zu können. Hier kann durch Anbringung einer entsprechenden Signallampe somit auch ein Hinweis auf den erforderlichen Reinigungsservice gegeben werden, der damit bedarfsabhängig bestimmt werden kann.Similarly, in a heating system, a device for monitoring the performance of the burner and at least one of these heatable water cycle can be provided in order in this way, for example, combustion residues on the primary heat exchanger and concomitant efficiency deterioration to be able to capture. Here, by attaching a corresponding signal lamp thus also an indication of the required cleaning service will be given, which can thus be determined as needed.

Zweckmäßigerweise ist die Einrichtung so ausgebildet, dass sie selbsttätig nach einer vorbestimmten Zeit nach Inbetriebnahme des Aggregats bzw. der Anlage mit der Erfassung und Speicherung der zur Überwachung der Leistungscharakteristik, insbesondere zur Wirkungsgradermittlung und -überwachung relevanten Größen beginnt und in angemessenen zeitlichen Abständen diese Größen erneut erfasst und mit den vorgespeicherten und/oder den ursprünglich gespeicherten Größen vergleicht und eine ggf. unzulässig hohe Abweichung anzeigt. Die Einrichtung weist daher gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft einen Messwertspeicher auf, in dem zumindest die zu Beginn der Messung erfassten Größen oder davon abgeleitete Größen abgespeichert sind.Appropriately, the device is designed so that it automatically starts after a predetermined time after commissioning of the unit or the system with the detection and storage for monitoring the performance characteristics, in particular for determining the effectiveness and monitoring sizes and at appropriate intervals again these sizes recorded and compared with the pre-stored and / or the originally stored variables and displays a possibly impermissibly high deviation. According to an embodiment of the invention, the device therefore advantageously has a measured value memory in which at least the variables detected at the beginning of the measurement or variables derived therefrom are stored.

Zweckmäßigerweise wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Maschine nach Möglichkeit in ihrer Gesamtheit überwacht. Es kann jedoch auch ausreichend sein, nur eine Funktionseinheit der Maschine zu überwachen. Dies wird insbesondere dann sinnvoll sein, wenn die Maschine eine Funktionseinheit aufweist, die typischerweise deutlich vor allen anderen Funktionseinheiten durch Verschleiß oder auch anderweitig ausfällt.Appropriately, the machine is monitored as far as possible in its entirety by the method according to the invention. However, it may also be sufficient to monitor only one functional unit of the machine. This will be particularly useful if the machine has a functional unit that typically fails significantly before all other functional units due to wear or otherwise.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn mehrere oder bevorzugt sämtliche Funktionseinheiten einer Energieumwandlungseinrichtung, also einer Maschine, eines Aggregats oder einer Anlage erfasst werden, um im Falle einer Wirkungsgradverschlechterung diese dann gezielt einer oder mehreren Funktionseinheiten zuordnen zu können, um dann gezielt nur diese Funktionseinheit oder Funktionseinheiten instandzusetzen oder auszutauschen. Dies wird insbesondere bei größeren Maschinen wirtschaftlich sinnvoll sein.It is particularly advantageous if several or preferably all functional units of an energy conversion device, ie a machine, an aggregate or a system, are detected in order to be able to allocate these selectively to one or more functional units in the event of a deterioration in efficiency, and then selectively only this functional unit or functional units to repair or exchange. This will be economically viable, especially for larger machines.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
anhand eines Schaubilds das grundlegende Prinzip eines mit Leistungsflächen arbeitenden erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens,
Fig. 2 a
das Überwachungsverfahren nach Fig. 1, dargestellt anhand eines Kreiselpumpenaggregates,
Fig. 2 b
ein alternatives Überwachungsverfahren für eine Kreiselpumpe,
Fig. 2 c
eine weitere Variante eines Überwachungsverfahrens für eine Kreiselpumpe,
Fig. 3
ein Überwachungsverfahren, dargestellt anhand eines Kompressors,
Fig. 4
ein Überwachungsverfahren, dargestellt anhand eines Kühlgeräts und
Fig. 5
ein Überwachungsverfahren, dargestellt anhand einer Heizungsanlage.
The invention is explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawing. Show it:
Fig. 1
on the basis of a diagram, the basic principle of a monitoring system operating according to the invention with power surfaces,
Fig. 2 a
the monitoring process Fig. 1 represented by a centrifugal pump assembly,
Fig. 2 b
an alternative monitoring method for a centrifugal pump,
Fig. 2 c
a further variant of a monitoring method for a centrifugal pump,
Fig. 3
a monitoring method, represented by a compressor,
Fig. 4
a monitoring method, illustrated by means of a refrigerator and
Fig. 5
a monitoring procedure, represented by a heating system.

In Fig. 1 ist eine Energieumwandlungseinrichtung bestehend aus den Funktionseinheiten 1 und 2 beispielhaft für eine Vielzahl von Maschinen, Anlagen und Aggregaten dargestellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Funktionseinheiten 1 und 2 unabhängig voneinander überwacht. Dabei wird zunächst einmal die von der Funktionseinheit 1 aufgenommene Leistung P1 in Abhängigkeit von einer oder mehreren Variablen x 1 erfasst und abgespeichert, wie in Fig. 1 mit 3 dargestellt. Die Variablen x 1 sind durch u 1 und y 1 gebildet, so dass die in 3 dargestellte Fläche der Energiebilanz der Funktionseinheit 1 am Eingang entspricht. Entsprechend stellt sich am Ausgang eine Leistung P2 ein, die wiederum abhängig von den Variablen x 1 ist. Diese Fläche ist in 4 dargestellt. Die Funktionseinheiten 1 und 2 sind funktionell, z. B. über eine Welle, miteinander verbunden, weshalb die Darstellung 4 der Darstellung 5 entspricht, welche die Leistung P2 hier in Abhängigkeit von x 2 entsprechend der Energiebilanz am Eingang der Funktionseinheit 2 definiert und zwar im Abhängigkeit der Variablen u 2 und y 2. Am Ausgang der Funktionseinheit 2 stellt sich eine Leistung P3 ein, wie sie in 6 dargestellt ist und die abhängig von x 2 ist.In Fig. 1 is an energy conversion device consisting of the functional units 1 and 2 shown by way of example for a variety of machines, systems and units. In the illustrated embodiment, the functional units 1 and 2 are independent of each other supervised. In this case, first of all the power P 1 received by the functional unit 1 is dependent on one or more variables x 1 recorded and stored, as in Fig. 1 represented by 3. The variables x 1 are through u 1 and y 1 , so that the area shown in FIG. 3 corresponds to the energy balance of the functional unit 1 at the entrance. Accordingly, a power P 2 sets in at the output, which in turn depends on the variables x 1 is. This area is shown in FIG. The functional units 1 and 2 are functional, z. B. via a shaft connected to each other, which is why the representation 4 of the representation 5 corresponds to the power P 2 here in dependence on x 2 defined according to the energy balance at the input of the functional unit 2, depending on the variables u 2 and y 2 . At the output of the functional unit 2 is a power P 3 , as shown in FIG. 6 and dependent on x 2 is.

Die in den Darstellungen 3 bis 6 durch Schraffur gekennzeichnete Flächen werden zu Beginn des Verfahrens ermittelt. Dies kann fabrikmäßig erfolgen oder aber auch erst nach einiger gewissen Zeit im Betrieb. Dies kann als Initialisierungsvorgang erfolgen oder auch während des Betriebs. In jedem Fall erfolgt es zu einem Zeitpunkt t1, der, wenn mehrere Betriebspunkte zu erfassen sind, auch einen Zeitbereich darstellen kann. Zu einem Zeitpunkt t2 wird dann in gleicher Weise eine Energiebilanz am Eingang der Funktionseinheit 1, am Ausgang der Funktionseinheit 1, am Eingang der Funktionseinheit 2 und am Ausgang der Funktionseinheit 2 erstellt. Die entsprechenden Darstellungen sind mit 3', 4', 5' und 6' gekennzeichnet. Durch Vergleich dieser zum Zeitpunkt t2, der ebenfalls ein Zeitbereich sein kann, ermittelten Größen bzw. Flächen mit den zum Zeitpunkt t1 ermittelten und gespeicherten Größen bzw. Flächen können Wirkungsgradabsenkungen einzelner Funktionseinheiten 1, 2 erfasst werden wobei der Abstand der schraffierten Flächen in 3 und 3' bzw. 4 und 4' bzw. 5 und 5' bzw. 6 und 6' in einem vorbestimmten Betriebspunkt ermittelt oder das zwischen diesen Flächen aufgespannte Volumen ermittelt wird und beim Überschreiten eines vorbestimmten Wertes ein Signal erzeugt wird, welches dem Benutzer kenntlich macht, dass in der Maschine eine Wirkungsgradverschlechterung stattgefunden hat, welche einen Austausch oder eine Reparatur oder einen alsbaldigen Austausch oder eine alsbaldige Reparatur zweckmäßig erscheinen lassen. Hier können durch Abstufung der Werte unterschiedliche Signale erzeugt werden, beispielsweise ein erstes Warnsignal, welches auf einen über einen gewissen Wert verminderten Wirkungsgrad hinweist und ein zweites Warnsignal, das auf eine solche Verminderung des Wirkungsgrades hinweist, die einen Austausch oder eine Reparatur erfordert. Da die Funktionseinheiten 1 und 2 gesondert voneinander überwacht werden, kann weiterhin festgestellt werden, welche der Funktionseinheiten für die Wirkungsgradverminderung ganz oder teilweise verantwortlich ist.The surfaces marked by hatching in FIGS. 3 to 6 are determined at the beginning of the method. This can be factory-made or only after some time in operation. This can be done as an initialization process or during operation. In any case, it takes place at a time t 1 , which, if several operating points are to be detected, can also represent a time range. At a time t 2 , an energy balance at the input of the functional unit 1, at the output of the functional unit 1, at the input of the functional unit 2 and at the output of the functional unit 2 is then created in the same way. The corresponding representations are marked 3 ', 4', 5 'and 6'. By comparing these at the time t 2 , which may also be a time range, determined sizes or areas with the determined and stored at time t 1 sizes or areas efficiency reductions of individual functional units 1, 2 can be detected wherein the distance of the hatched areas in 3 and 3 'and 4 and 4' and 5 and 5 'and 6 and 6', respectively, at a predetermined operating point determined or the volume spanned between these areas is determined and when a predetermined value is exceeded, a signal is generated, which indicates to the user that in the machine efficiency deterioration has taken place, which is an exchange or a repair or an immediate replacement or an immediate repair expedient. Here, by grading the values, different signals may be generated, for example, a first warning signal indicative of a certain level of reduced efficiency and a second warning signal indicative of such a reduction in efficiency requiring replacement or repair. Since the functional units 1 and 2 are monitored separately from one another, it can furthermore be determined which of the functional units is wholly or partially responsible for the reduction in efficiency.

Wie dies bei einer konkreten Anwendung aussehen kann, ist beispielsweise anhand von Fig. 2a, b und c dargestellt. Dargestellt ist dort eine Einrichtung bestehend aus einem Elektromotor 1a und einer Pumpe 2a, die einen Verbraucher 7 speist. Die vom Motor 1a aufgenommene elektrische Leistung ist mit P1 angegeben. Der Motor wandelt die elektrische Leistung in ein Drehmoment Te bei einer Drehzahl ω r. Diese am Ausgang des Motors 1a anstehende mechanische Leistung P2 stellt zugleich die am Eingang der Pumpe 2a anstehende mechanische Leistung P2 dar, die innerhalb der Pumpe in eine hydraulische Leistung P3 umgewandelt wird, die durch die von der Pumpe zwischen Saug- und Druckseite erzeugte Druckdifferenz Δp und den Volumenstrom durch die Pumpe q bestimmt ist. Um die anhand von Fig. 2a aus Motor 1a und Pumpe 2a bestehende Einrichtung vollständig zu überwachen ist es zweckmäßig, an den jeweiligen Schnittstellen Flächen zu bestimmen, welche die Leistung der jeweiligen Funktionseinheit in jedem möglichen Betriebspunkt umfasst, und zwar jeweils am Eingang und am Ausgang derselben.
Der formelmäßige Zusammenhang stellt sich dabei wie folgt dar:

  • Variable:
    • q ∼ Volumenstrom durch die Pumpe [m3/h]
    • Δp ∼ von der Pumpe aufgebauter Differenzdruck [bar]
    • ω r ∼ Geschwindigkeit der die Pumpe antreibenden Welle [U/sec]
    • Te ∼ Drehmoment der Welle [Nm]
    • V ∼ Versorgungsspannung [V]
    • I ∼ Versorgungsstrom [A]
    • φ ∼ Winkel zwischen der Versorgungsspannung V und dem Motorstrom I [U]
    • ω e ∼ Versorgungsfrequenz [U/sec]
    • P 1 ∼ dem Motor zugeführte elektrische Leistung [W]
    • P 2 ∼ mechanische Leistung an der Motorwelle [W]. Die Leistung P2 ist proportional zum Schlupf s des Motors. Dies ist P2 s.
    • P3 ∼ hydraulische Leistung der Pumpe [W]
    • ηm ∼ Motorwirkungsgrad
    • ηp ∼ Pumpenwirkungsgrad
How this can look like in a specific application is, for example, based on Fig. 2a . b and c shown. Shown there is a device consisting of an electric motor 1a and a pump 2a, which feeds a consumer 7. The electrical power absorbed by the motor 1a is indicated by P 1 . The motor converts the electric power into a torque T e at a rotational speed ω r . This pending at the output of the motor 1a mechanical power P 2 also represents the pending at the entrance of the pump 2a mechanical power P 2 , which is converted within the pump into a hydraulic power P 3 , by the pump between suction and pressure side generated pressure difference .DELTA.p and the flow rate through the pump q is determined. To the on the basis of Fig. 2a From device 1a and pump 2a completely monitor existing device, it is expedient to determine at the respective interfaces surfaces, which the performance of the respective functional unit in every possible Operating point, respectively at the input and at the output of the same.
The formulaic relationship is as follows:
  • Variable:
    • q ~ Flow rate through the pump [m 3 / h]
    • Δp ~ differential pressure built up by the pump [bar]
    • ω r ~ speed of the shaft driving the pump [rev / sec]
    • T e ~ Torque of the shaft [Nm]
    • V ~ supply voltage [V]
    • I ~ supply current [A]
    • φ ~ angle between the supply voltage V and the motor current I [U]
    • ω e ~ supply frequency [U / sec]
    • P 1 ~ electric power supplied to the motor [W]
    • P 2 ~ mechanical power at the motor shaft [W]. The power P 2 is proportional to the slip s of the motor. This is P 2 s .
    • P 3 ~ hydraulic power of the pump [W]
    • ηm ~ motor efficiency
    • ηp ~ pump efficiency

Diese Variablen sind wie folgt miteinander verknüpft: s = ω e ω r ω e

Figure imgb0001
P 1 = VI cos φ
Figure imgb0002
P 2 = ω r T e
Figure imgb0003
P 3 = κ q Δp
Figure imgb0004
η m = P 2 P 1
Figure imgb0005
η P = P 3 P 2
Figure imgb0006
These variables are linked as follows: s = ω e - ω r ω e
Figure imgb0001
P 1 = VI cos φ
Figure imgb0002
P 2 = ω r T e
Figure imgb0003
P 3 = κ q Δp
Figure imgb0004
η m = P 2 P 1
Figure imgb0005
η P = P 3 P 2
Figure imgb0006

Die mathematische Beschreibung der die Leistung des Motors in allen Betriebspunkten definierenden Fläche gemäß Darstellung 8 ergibt sich somit aus folgender Gleichung: P 1 ω e s = v s IR s + e L is L m e L m R r s + e L ir + L m 1 e L m 1 v s

Figure imgb0007
(Gleichung 8)
wobei vorausgesetzt wird, dass die Versorgungsspannung durch denThe mathematical description of the power of the motor defining in all operating points area according to representation 8 thus results from the following equation: P 1 ω e s = v s IR s + e L is - L m - e L m R r s + e L ir + L m - 1 e L m - 1 v s
Figure imgb0007
(Equation 8)
assuming that the supply voltage through the

Vektor V sd V sq = K 1 ω e + K 0 0

Figure imgb0008
gegeben ist. Rs (Statorwiderstand), Lls (induktive Verluste des Stators), Lm (magnetische Induktion), Llr (induktive Verluste des Rotors), Rr (Rotorwiderstand) und J Matrix 0 1 1 0
Figure imgb0009
sind die Konstanten des Motors.vector V sd V sq = K 1 ω e + K 0 0
Figure imgb0008
given is. Rs (stator resistance), L ls (inductive losses of the stator), L m (magnetic induction), L lr (inductive losses of the rotor), R r (rotor resistance) and J matrix 0 - 1 1 0
Figure imgb0009
are the constants of the engine.

Die Leistung am Eingang der Pumpe 2a gemäß Darstellung 9 kann bekanntermaßen durch die Pumpengleichung P 2 q ω r = a P 2 q 2 ω r + a P 2 q ω r 2 + a P 0 ω r 3 + B ω r 2

Figure imgb0010
beschrieben werden, in welcher die Konstanten aT2, aT1, aT0 und B Pumpenkonstanten sind.The power at the inlet of the pump 2a according to illustration 9 can be known by the pump equation P 2 q ω r = - a P 2 q 2 ω r + a P 2 q ω r 2 + a P 0 ω r 3 + B ω r 2
Figure imgb0010
in which the constants a T2 , a T1 , a T0 and B are pump constants.

Die am Ausgang der Pumpe 2a anstehende Leistung gemäß Darstellung 10 kann durch folgende Gleichung beschrieben werden: P 3 q ω r = a p 2 q 3 ω r + a p 2 q 2 ω r + a p 0 q ω r 2 + p offset q

Figure imgb0011
The power present at the output of the pump 2a as shown in FIG. 10 can be described by the following equation: P 3 q ω r = - a p 2 q 3 ω r + a p 2 q 2 ω r + a p 0 q ω r 2 + p offset q
Figure imgb0011

In dieser Gleichung lauten die Konstanten ap2, ap1, ap0 und poffset. In this equation, the constants are a p2 , a p1 , a p0, and p offset .

Die anhand der Darstellungen 8, 9 und 10 in Fig. 2a dargestellten dreidimensionalen Flächen, welche jeweils die Leistung an den Schnittstellen vor, zwischen und hinter den Funktionseinheiten 1 a und 2a beschreiben, werden zu einem Zeitpunkt t1 erfasst und gespeichert. Die Erfassung erfolgt typischerweise während des normalen Betriebs während einer kurzen Zeitspanne, die bezogen auf das Überwachungsintervall (Zeit von T1 bis t2) vernachlässigbar klein ist, wonach dann nach einer längeren Zeitspanne, nämlich zum Zeitpunkt t2 dieser Vorgang wiederholt wird, sodass sich die Flächen gemäß den Darstellungen 8', 9' und 10' ergeben. Dabei werden die Flächen 8 und 8' sowie 9 und 9' und schließlich 10 und 10' zum Zeitpunkt t1 und t2 miteinander verglichen. Wenn die Flächen übereinstimmen, arbeitet das Aggregat unverändert. Wenn hingegen zwei dieser Flächen in einem Betriebspunkt voneinander beabstandet sind, dann hat sich eine der Funktionseinheiten in ihrer Leistungscharakteristik geändert, typischerweise verschlechtert. Wenn also beispielsweise ein Abstand zwischen den Flächen gemäß Darstellung 10 und 10' und im Übrigen übereinstimmende Flächen festgestellt werden, dann ist davon auszugehen, dass zwar der Motor 1a mit unvermindertem Wirkungsgrad arbeitet, dass jedoch innerhalb der Pumpe 2a ein den Wirkungsgrad verändernder Vorgang stattgefunden hat. Umgekehrt kann bei einer Veränderung der Flächen gemäß den Darstellungen 9 und 9' auf gleichbleibende Pumpenleistungscharakteristik jedoch veränderten Motorwirkungsgrad geschlossen werden.Based on the illustrations 8, 9 and 10 in Fig. 2a illustrated three-dimensional areas, which describe the power at the interfaces before, between and behind the functional units 1 a and 2 a, are detected and stored at a time t 1 . The detection typically occurs during normal operation for a short period of time which is negligibly small with respect to the monitoring interval (time from T 1 to t 2 ), after which, after a longer period of time, namely at time t 2, this process is repeated so that the surfaces according to the representations 8 ', 9' and 10 'result. The surfaces 8 and 8 'as well as 9 and 9' and finally 10 and 10 'are compared with one another at the time t 1 and t 2 . If the surfaces match, the unit will work unchanged. On the other hand, if two of these surfaces are spaced apart at one operating point, then one of the functional units has changed in performance, typically deteriorating. If, for example, a distance between the surfaces according to FIGS. 10 and 10 'and otherwise matching surfaces are determined, then it can be assumed that, although the motor 1a operates with undiminished efficiency, an operation which changes the efficiency has taken place within the pump 2a , Conversely, with a change in the surfaces according to the representations 9 and 9 'for constant pump performance characteristic but changed engine efficiency can be concluded.

Bei der Überwachung wie sie anhand von Fig. 2a dargestellt wird, erfolgt eine Leistungsüberwachung vor und hinter jeder Funktionseinheit 1 a, 2a. Dies kann je nach Anwendung jedoch entbehrlich sein. Auch müssen nicht zwingend die die Eingangs- oder Ausgangsleistung repräsentierenden mehrdimensionalen und Modelcharakter aufweisenden Flächenverläufe ermittelt werden, wie sie durch die Gleichungen 8, 9 und 10 definiert sind, sondern es kann, wie das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2b verdeutlicht, z.B. an Stelle der Leistung P3 gemäß Darstellung 10 in Fig. 2a alternativ die hydraulische Leistungscharakteristik ermittelt werden, also der von der Pumpe 2a aufgebrachte Differenzdruck in Abhängigkeit von der Antriebsdrehzahl ω r und der Durchflussmenge q. Der zum Zeitpunkt t1 erfasst und gespeichert wird. Die in Darstellung 10a aufgeführte mehrdimensionale Fläche sowie die zum Zeitpunkt t2 in Darstellung 10a' aufgeführte Fläche ist jeweils durch die Gleichung definiert. Δ p q ω r = a p 2 q 2 + a p 2 q 1 ω r + a p 0 ω r 2 + p offset

Figure imgb0012
In monitoring as they are based on Fig. 2a is displayed, there is a performance monitoring in front of and behind each functional unit 1 a, 2a. However, this can be dispensable depending on the application. Also, it is not absolutely necessary to determine the surface curves having the multi-dimensional and model character representing the input or output power, as defined by equations 8, 9 and 10, but rather, like the embodiment according to FIG Fig. 2b clarified, for example, in place of the power P 3 as shown in Figure 10 in Fig. 2a Alternatively, the hydraulic power characteristic can be determined, that is, the differential pressure applied by the pump 2a as a function of the drive speed ω r and the flow rate q. Which is detected and stored at time t 1 . The multi-dimensional area listed in FIG. 10 a and the area listed at time t 2 in representation 10 a 'are each defined by the equation. Δ p q ω r = - a p 2 q 2 + a p 2 q 1 ω r + a p 0 ω r 2 + p offset
Figure imgb0012

Anhand von Fig. 2c ist eine weitere Möglichkeit der Überwachung eines solchen Pumpenaggregates bestehend aus den Funktionseinheiten 1a und 2a dargestellt. Wie die Darstellung 11 verdeutlicht, ist dort die Leistung P1 in Abhängigkeit von ωe und Q gemäß Darstellung 8a erfasst und wird mit der entsprechenden Leistung gemäß Darstellung 8a' im zeitlichen Abstand zwischen t1 und t2 verglichen. Auch die Leistung P2 wird dort in Abhängigkeit von Δp und ωr bestimmt, wie die Darstellung gemäß 9a bzw. 9a' verdeutlicht. Schließlich wird bei dem anhand von Fig. 2c dargestellten Überwachungskonzept der Wirkungsgrad des Motors ηm sowie der Wirkungsgrad der Pumpe ηp direkt überwacht, wie die Darstellungen 11a und 11b bzw. 11a' und 11b' verdeutlichen. Diese Unterschiede sollen lediglich verdeutlichen, dass es eine Vielzahl von Möglichkeiten der Überwachung der Leistungscharakteristik der gesamten Einrichtung aber auch der Funktionseinheiten davon gibt, wie dies vorstehend anhand des aus den Funktionseinheiten Motor 1a und Pumpe 2a bestehenden Kreiselpumpenaggregats verdeutlicht worden ist.Based on Fig. 2c is another way of monitoring such a pump unit consisting of the functional units 1a and 2a shown. As illustrated in FIG. 11, the power P 1 is detected there as a function of ω e and Q as shown in FIG. 8 a and is compared with the corresponding power as shown in FIG. 8 a 'at a time interval between t 1 and t 2 . Also, the power P 2 is determined there as a function of Δ p and ω r , as the illustration according to 9a or 9a 'illustrates. Finally, in the case of Fig. 2c monitoring concept shown the efficiency of the motor η m and the efficiency of the pump η p directly monitored, as the representations 11a and 11b and 11a 'and 11b' illustrate. These differences are only intended to clarify that there are a variety of ways of monitoring the performance of the entire device but also the functional units thereof, as described above with reference to the from the functional units engine 1a and Pump 2a existing centrifugal pump unit has been clarified.

Der Wirkungsgrad des Motors ηm ist der Quotient aus P2 und P1 und ist abhängig von ω e (der Versorgungsfrequenz) und s, dem Schlupf des Motors. Der Motorwirkungsgrad ist in Fig. 2c in der Darstellung 11 a durch die Fläche im Diagramm in jedem Betriebspunkt dargestellt. In der Darstellung 9a ist die Leistung P2 in Abhängigkeit von Δp und ωr gezeigt. Daraus ergibt sich der Wirkungsgrad der Pumpe ηp in Abhängigkeit von der Pumpendrehzahl (ωr ) und der Fördermenge q, wie die in 11 b dargestellte Fläche verdeutlicht. In 8a ist die Leistung P1 des Motors 1 a in Abhängigkeit der Versorgungsfrequenz und der Durchflussmenge der Pumpe ebenfalls in Form einer Fläche dargestellt. Analog zu Fig. 1 sind die anhand der Flächen 8a, 9a, 11a und 11 b dargestellten Leistungen bzw. Wirkungsgrade zum Zeitpunkt t1 ermittelt und abgespeichert worden, wohingegen zum Zeitpunkt t2 entsprechende Vergleichsflächen ermittelt worden sind, wobei als Maß für die Wirkungsgradveränderung der Abstand der Flächen in den Darstellungen 11a und 11 a' sowie 11 b und 11b' herangezogen werden. Wenn beispielsweise der Wirkungsgrad der Pumpe 2a im Laufe der Zeit t1 bis t2 aufgrund eines Lagerschadens nachlässt, so werden die Flächen in den Darstellungen 11a und 11 a' ineinander liegen, wohingegen die Flächen in den Darstellungen 11 b und 11b' einen deutlichen Abstand voneinander aufweisen werden, bezogen auf einen Betriebspunkt. Anstelle dieses Abstands kann auch ein Volumen definiert werden.The efficiency of the motor η m is the quotient of P 2 and P 1 and is dependent on ω e (the supply frequency ) and s , the slip of the motor. The motor efficiency is in Fig. 2c in the representation 11 a represented by the area in the diagram in each operating point. In illustration 9a, the power P 2 is shown as a function of Δp and ω r . This results in the efficiency of the pump η p as a function of the pump speed ( ω r ) and the delivery rate q , as illustrated by the surface shown in FIG. 11 b. In FIG. 8a, the power P 1 of the motor 1 a is likewise represented in the form of a surface as a function of the supply frequency and the flow rate of the pump. Analogous to Fig. 1 are the basis of the surfaces 8a, 9a, 11a and 11b shown performances and efficiencies at time t 1 were determined and stored, whereas at time t 2 corresponding comparison surfaces have been determined, as a measure of the change in efficiency of the distance of the surfaces in the Representations 11a and 11 a 'and 11 b and 11 b' are used. For example, if the efficiency of the pump 2a decreases in the course of time t 1 to t 2 due to bearing damage, the surfaces in the representations 11 a and 11 a 'will be in one another, whereas the surfaces in the representations 11 b and 11 b' a clear distance from each other, based on an operating point. Instead of this distance, a volume can also be defined.

Anhand von Fig. 3 ist beispielhaft dargestellt, wie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Kompressor überwacht werden kann. Der Kompressor-weist eine Funktionseinheit 1 b in Form eines Motors und eine davon angetriebene Funktionseinheit 2b in Form einer Verdrängerpumpe auf, welche einen Verbraucher 7b speist. Auch hier werden zu einem Zeitpunkt t1 eine die Motorleistung repräsentierende Fläche gemäß Darstellung 12 sowie eine die Pumpenleistung repräsentierende Fläche gemäß Darstellung 13 ermittelt und gespeichert und in zeitlichem Abstand, beispielsweise zum Zeitpunkt t2, entsprechend den Darstellungen 12' und 13' anhand aktueller Werte zum Zeitpunkt t2 ermittelt und mit den gespeicherten vergleichen, wobei auch hier der Abstand der Flächen gemäß den Darstellungen 12 und 12' bzw. 13 und 13' und das dazwischen aufgespannte Volumen als Maß für die Wirkungsgradverschlechterung herangezogen wird. Die rechnerischen Zusammenhänge ergeben sich wie folgt:

  • pin ∼ Eingangsdruck am Kompressor [bar]
  • pout ∼ Ausgangsdruck am Kompressor [bar]
  • Tin ∼ Eingangstemperatur am Kompressor [°K]
  • Tout ∼ Ausgangstemperatur am Kompressor [°K]
  • ω r ∼ Drehzahl der den Kompressor antreibenden Welle [U/sec]
  • P1 ∼ vom Motor aufgenommene elektrische Leistung [W]
  • P2 Leistung an der Antriebswelle [W]. Die Leistung P 2 ist proportional zum Schlupf des Motors s. Dies ist P 2s.
Based on Fig. 3 shows by way of example how a compressor can be monitored with the method according to the invention. The compressor has a functional unit 1b in the form of a motor and a functional unit 2b driven in the form of a positive displacement pump which feeds a consumer 7b. Again, at a time t 1, a motor power representing surface according to Representation 12 as well as a surface representing the pumping capacity determined according to representation 13 and stored at a time interval, for example, at time t 2 , according to the representations 12 'and 13' based on current values at time t 2 and compare with the stored, also here the distance of the surfaces according to the representations 12 and 12 'or 13 and 13' and the volume spanned therebetween is used as a measure of the efficiency deterioration. The computational relationships are as follows:
  • p in ~ inlet pressure at the compressor [bar]
  • p out ~ outlet pressure at the compressor [bar]
  • T in ~ inlet temperature at the compressor [° K ]
  • T out ~ Output temperature at the compressor [° K ]
  • ω r ~ speed of the shaft driving the compressor [rev / sec]
  • P 1 ~ electric power absorbed by the motor [W]
  • P 2 ~ Power at the drive shaft [W]. The power P 2 is proportional to the slip of the motor s . This is P 2s .

Weiterhin gelten die folgenden mathematischen Beziehungen: P 2 = ω r T e

Figure imgb0013
n 1 n = ln T out ln T in ln p out ln p in
Figure imgb0014
Furthermore, the following mathematical relationships apply: P 2 = ω r T e
Figure imgb0013
n - 1 n = ln T out - ln T in ln p out - ln p in
Figure imgb0014

Bei einem adiabaten Kompressionszyklus ergibt sich somit die Leistung P2 wie folgt: P 2 = k 0 ω r p in ln p out p in + k 1 ω r 2 + k 2 ω r 3

Figure imgb0015
wobei k = ΔV/(2π) ist.For an adiabatic compression cycle, the power P 2 is thus as follows: P 2 = k 0 ω r p in ln p out p in + k 1 ω r 2 + k 2 ω r 3
Figure imgb0015
where k = ΔV / (2π) .

Für den Fall, dass im Kompressorkreislauf kein adiabater Prozess abläuft, kann die Leistung wie folgt angegeben werden: P 2 = k 0 ω r p in p out p in n 1 n 1 + k 1 ω r 2 + k 2 ω r 3 ,

Figure imgb0016
wobei k = ΔV n/(n-1) /(), wobei n eine Konstante ungleich 1 ist, die den Wärmefluss während der Kompression beschreibt. Wenn der Prozess unter konstanter Temperatur abläuft, kann somit n ebenfalls als konstant angenommen werden. Der Ausdruck n/(n-1) ergibt sich aus folgender Gleichung: T out = T in P out / P in n 1 / n
Figure imgb0017
In the event that no adiabatic process takes place in the compressor circuit, the power can be specified as follows: P 2 = k 0 ω r p in p out p in n - 1 n - 1 + k 1 ω r 2 + k 2 ω r 3 .
Figure imgb0016
where k = ΔV n / (n-1) / ( ), where n is a non-1 constant that describes the heat flow during compression. If the process runs under constant temperature, then n can also be assumed to be constant. The expression n / ( n -1) is given by the following equation: T out = T in P out / P in n - 1 / n
Figure imgb0017

Das bedeutet, dass dieser Ausdruck anhand der Temperaturen Tin und Tout sowie der Drücke Pout und Pin wie folgt ermittelt werden kann: n 1 n = ln T out ln T in ln p out ln p in

Figure imgb0018
This means that this expression can be determined from the temperatures T in and T out and the pressures P out and P in as follows: n - 1 n = ln T out - ln T in ln p out - ln p in
Figure imgb0018

Die Motorleistung P1 kann in analoger Weise wie oben durch die Gleichung (8) angeben überwacht werden.The engine power P 1 can be monitored in an analogous manner as indicated above by equation (8).

Anhand von Fig. 4 ist das erfindungsgemäße Verfahren für einen Kühlschrank dargestellt bestehend aus einem Motor 1c, einer Verdrängerpumpe 2c, deren Ausgang einen Verdampfer 3c beaufschlagt, der über eine Drossel 4c mit einem Kondensator 5c verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Eingang der Pumpe 2c leitungsverbunden ist. Der Kühlraum ist mit 7c gekennzeichnet.Based on Fig. 4 is the inventive method for a refrigerator shown consisting of a motor 1c, a positive displacement pump 2c, whose output is applied to an evaporator 3c, which is connected via a throttle 4c to a capacitor 5c, whose Output is connected to the input of the pump 2c line connected. The refrigerator is marked 7c.

In diesem System ergeben sich folgende Variablen:

  • Ti Temperatur am Austritt des Verdampfers 3c
  • Th Temperatur am Eintritt des Kondensators 5c
  • Tbox Temperatur im Kühlraum 7c
  • Tamb Umgebungstemperatur
  • Q 1 ∼ Kühlleistung
  • Q 2 ∼ an die Umgebung abgegebene Leistung
  • W ∼ von der Pumpe 2c abgegebene Leistung
  • ωr Geschwindigkeit der Motorwelle [U/sec]
  • Te Drehmoment [Nm]
  • P2 vom Motor abgegebene mechanische Leistung
In this system the following variables result:
  • T i ~ temperature at the outlet of the evaporator 3 c
  • T h ~ temperature at the inlet of the condenser 5c
  • T box ~ temperature in the refrigerator 7c
  • T amb ~ ambient temperature
  • Q 1 ~ cooling capacity
  • Q 2 ~ Power delivered to the environment
  • W ~ output from the pump 2c
  • ω r ~ motor shaft speed [rev / sec]
  • T e ~ torque [Nm]
  • P 2 ~ mechanical power output by the engine

Diese stehen in folgendem mathematischen Zusammenhang: P 2 = ω r T e

Figure imgb0019
T eq = T h T l T l T amb T box
Figure imgb0020
These are in the following mathematical context: P 2 = ω r T e
Figure imgb0019
T eq = T H - T l T l T amb - T box
Figure imgb0020

Die die Leistung des Motors 1c beschreibende Fläche gemäß Darstellung 14 entspricht der gemäß Darstellung 12 in Fig. 3 bzw. Darstellung 8 in Fig. 2a Für die die Leistung P2 und P3 definierenden Flächen ergeben sich folgende Zusammenhänge: P 2 = R th T h T l T l T amb T box + K ω ω 3

Figure imgb0021
P 3 = R th T h T l T l T amb T box
Figure imgb0022
The area describing the power of the motor 1c as shown in FIG. 14 corresponds to that of FIG. 12 in FIG Fig. 3 or representation 8 in Fig. 2a For the areas P 2 and P 3 defining areas, the following relationships arise: P 2 = R th T H - T l T l T amb - T box + K ω ω 3
Figure imgb0021
P 3 = R th T H - T l T l T amb - T box
Figure imgb0022

Die Gleichung 15 beschreibt dabei die Leistung P2 am Eingang des Kompressors wohingegen die Gleichung 17 die Leistung am Ausgang des Kompressors beschreibt. Wie insbesondere die Darstellung 17 verdeutlicht, können die hier zur Ermittlung der Leistung an den Schnittstellen der Funktionseinheiten zu ermittelnden Flächen zwei- oder mehrdimensional sein. Die Fläche gemäß Darstellung 17 ist zweidimensional, also eine Linie. Die übrigen hier dargestellten Flächen sind sämtlichst dreidimensional. Es versteht sich, dass diese Flächen ggf. auch mehr als dreidimensional sein können, je nach Art der zu überwachenden Maschine und der dahinter stehenden mathematisch physikalischen Zusammenhänge.The equation 15 describes the power P 2 at the input of the compressor whereas the equation 17, the power at the output describes the compressor. As illustrated in particular in FIG. 17, the areas to be determined here for determining the power at the interfaces of the functional units may be two-dimensional or multi-dimensional. The area according to illustration 17 is two-dimensional, ie a line. The other surfaces shown here are all three-dimensional. It is understood that these surfaces may possibly be more than three-dimensional, depending on the type of machine to be monitored and the underlying mathematical physical relationships.

Auch hier erfolgt die Überwachung in analoger Weise, indem die die Leistung an den Schnittstellen der Funktionseinheiten angebenden Flächen gemäß Darstellungen 14, 15 und 17 zum Zeitpunkt t1 sowie nach zeitlichem Abstand zum Zeitpunkt t2 ermittelt werden (es ergeben sich dann die Flächen gemäß den Darstellungen 14' 15' und 17'), um dann durch Ermittlung des Abstandes der Flächen bzw. das dazwischen aufgespannte Volumen zu ermitteln, welche der Funktionseinheiten 1 c, 2c, um welches Maß in ihrem Wirkungsgrad abgefallen sind.Again, the monitoring is carried out in an analogous manner by determining the power at the interfaces of the functional units surfaces according to representations 14, 15 and 17 at time t 1 and after a time interval at time t 2 (then resulting in the surfaces according to the Representations 14 '15' and 17 '), to then determine by determining the distance of the surfaces or the volume spanned therebetween, which of the functional units 1 c, 2 c, by which degree have fallen in their efficiency.

Schließlich ist anhand von Fig. 5 dargestellt, wie das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren am Primärkreislauf einer Heizungsanlage anwendbar ist. Die Heizungsanlage weist einen Brenner 20 auf, der in einem Brennraum 21 Wasser in einer Leitung 22 erwärmt. Das vom Brenner 20 erwärmte Wasser wird im Primärkreislauf der Heizungsanlage geführt und gelangt nach Abfuhr seiner Wärme in einen Wärmetauscher 23, in welchem das aus dem Brennraum 21 austretende Abgas seine Wärme an das Wasser abgibt. Das Abgas tritt über den Ausgang 24 ins Freie. Die Variablen dieses Systems sind:

  • q ∼ Volumenstrom des durch die Leitung 22 strömenden Wassers
  • g Abgasmasse
  • Tw,out die Temperatur des aus der Leitung 22 austretenden Wassers
  • Tw,in die Temperatur des in die Leitung 22 eintretenden Wassers
  • Tg.out die Temperatur des Abgases am Austritt
  • Tg.in die Verbrennungstemperatur
  • Tamb die Umgebungstemperatur
  • P1 die durch den Brennstoff in das System eingebrachte Leistung
  • P2 ∼ die durch das Wasser aus dem System abgeführte Leistung
Finally, based on Fig. 5 illustrated how the monitoring method according to the invention is applicable to the primary circuit of a heating system. The heating system has a burner 20, which heats water in a combustion chamber 21 in a line 22. The heated water from the burner 20 is guided in the primary circuit of the heating system and passes after dissipating its heat in a heat exchanger 23, in which the exiting the combustion chamber 21 exhaust gas gives off its heat to the water. The exhaust gas passes through the outlet 24 into the open. The variables of this system are:
  • q ~ volume flow of the water flowing through the conduit 22
  • g ~ exhaust gas mass
  • T w, out ~ the temperature of the emerging from the line 22 water
  • T w, in ~ the temperature of entering the line 22 water
  • T g.out ~ the temperature of the exhaust gas at the outlet
  • T g.in ~ the combustion temperature
  • T amb ~ the ambient temperature
  • P 1 ~ the power introduced into the system by the fuel
  • P 2 ~ the power dissipated by the water from the system

Hierbei ergeben sich folgende Zusammenhänge: P 2 = ρ w qC pw T w , out T w , in

Figure imgb0023
in der pw die Dichte des Wassers und Cpw die spezifische Wärmekapazität des Wassers darstellen. Die zu berechnenden Flächen ergeben sich. hierbei wie folgt und sind zum Zeitpunkt t1 durch die Darstellung 16 und zum Zeitpunkt t2 durch die Darstellung 16' angegeben: P 2 = P 1 m ˙ g C pg T w , in m ˙ g C pg T g , in T w , out e UA m ˙ g C pg UA qp w C pw + m ˙ g C pg T amb
Figure imgb0024
wobei Cpg und Cpw die spezifische Wärmekapazität des Abgases, U der Wärmeübertragungskoeffizient und A die Wärmeübertragungsfläche zwischen dem Brenner 20 und der Leitung 22 sind. Dabei werden die durch das Abgas abgeführte Leistung P in und der Massestrom g des Abgases als konstant angenommen, ebenso die Umgebungstemperatur T amb . Ggf. können diese Größen auch in einfacher Weise durch Messung ermittelt werden.This results in the following relationships: P 2 = ρ w q C pw T w . out - T w . in
Figure imgb0023
where p w is the density of the water and C pw is the specific heat capacity of the water. The areas to be calculated arise. in this case as follows and are indicated at time t 1 by representation 16 and at time t 2 by representation 16 ': P 2 = P 1 ~ - m ˙ ~ G C pg T w . in - m ˙ ~ G C pg T ~ G . in - T w . out e UA m ˙ ~ G C pg - UA qp w C pw + m ˙ ~ G C pg T ~ amb
Figure imgb0024
where C pg and C pw are the specific heat capacity of the exhaust gas, U is the heat transfer coefficient and A is the heat transfer area between the burner 20 and the conduit 22. In this case, the power dissipated by the exhaust gas P in and the mass flow m ' g of the exhaust gas assumed constant, as well as the ambient temperature T amb . Possibly. These sizes can also be determined in a simple manner by measurement.

Wie die vorstehenden Ausführungsbeispiele verdeutlichen, kann das erfindungsgemäße Verfahren bei unterschiedlichsten Einrichtungen wie Aggregaten, Maschinen und Anlagen eingesetzt werden, wobei vorteilhaft stets die mehrdimensionalen Flächen ermittelt werden, welche jeweils die Leistung an den Schnittstellen der Funktionseinheiten zueinander in jedem beliebigen Betriebspunkt definieren und somit ein zuverlässiges Maß für die Leistungscharakteristik der Funktionseinheiten sowie bei entsprechender Auswertung der gesamten Einrichtung ergeben, wenn diese zu unterschiedlichen Zeitpunkten (z. B. t1 und t2) miteinander verglichen werden. Es versteht sich, dass die Zeitpunkte t1 und t2 hier nur beispielhaft zu verstehen sind, zweckmäßigerweise bleiben die zum Zeitpunkt t1 ermittelten Werte stets abgespeichert, um sie mit späteren vergleichen zu können, was jedoch nicht ausschließt, dass auch Zwischenwerte gespeichert werden um ggf. auch die Geschwindigkeit der Änderung zu erfassen. Auch dies kann in einer entsprechenden Auswerteinrichtung ausgewertet werden. Insoweit wird insbesondere auf EP 1 564 411 A1 verwiesen, wo vergleichbare Auswertungen im Einzelnen beschrieben sind.As the above exemplary embodiments make clear, the method according to the invention can be used in a wide variety of devices, such as Aggregates, machines and equipment are used, which advantageously always the multi-dimensional surfaces are determined, each defining the power at the interfaces of the functional units to each other in any operating point and thus give a reliable measure of the performance of the functional units and appropriate evaluation of the entire device if they are compared with each other at different times (eg, t 1 and t 2 ). It is understood that the times t 1 and t 2 are here to be understood as examples only, expediently the values determined at time t 1 always remain stored in order to be able to compare them with later ones, which however does not rule out that intermediate values are also stored if necessary, also to record the speed of the change. This too can be evaluated in a corresponding evaluation device. In that regard, in particular EP 1 564 411 A1 referred where comparable evaluations are described in detail.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass bei den vorstehend dargestellten Ausführungsbeispielen stets zwei- oder mehrdimensionale Flächen zur Ermittlung der Leistungsbilanz an den Schnittstellen der Funktionseinheiten verwendet worden sind, da dies eine Auswertung praktisch unabhängig vom jeweiligen Betriebspunkt ermöglicht. Es können bei im Wesentlichen konstanten Betriebspunkten diese Auswertungen auch vereinfacht erfolgen, indem einzelne Größen im zeitlichen Abstand miteinander verglichen werden, über die mittelbar oder unmittelbar Rückschlüsse über den Wirkungsgrad erfolgen können. Die in Rede stehenden zwei- oder mehrdimensionalen Flächen werden vorteilhaft während des Betriebs ermittelt, wobei durch geeignete Iterationsverfahren versucht wird, unter Zugrundelegung möglichst weniger unterschiedlicher Betriebspunkte eine hohe Genauigkeit der Flächen zu erzielen. Dies kann insbesondere unter Verwendung des Kámánfilters erreicht werden, wie weiter oben schon beschrieben worden ist. Es können jedoch auch andere geeignete Iterationsverfahren Verwendung finden. Auch ist es denkbar, dass, beispielsweise bei einem Pumpenaggregat, bestimmte Betriebspunkte gezielt angefahren werden, um die die Leistungsbilanz repräsentierende Fläche mit möglichst hoher Genauigkeit zu erfassen oder durch gezieltes Anfahren von definierten Betriebspunkten auf das Ermitteln solcher Flächen verzichten zu können.It should be noted at this point that in the exemplary embodiments illustrated above, two-dimensional or more-dimensional surfaces have always been used to determine the power balance at the interfaces of the functional units, since this allows an evaluation virtually independent of the respective operating point. At substantially constant operating points, these evaluations can also be simplified by comparing individual quantities at intervals with each other, via which conclusions can be drawn about the efficiency indirectly or directly. The two- or multi-dimensional surfaces in question are advantageously determined during operation, whereby it is attempted by suitable iteration methods to achieve a high accuracy of the surfaces on the basis of as few as possible different operating points. This can be achieved in particular by using the Kámán filter, as has already been described above. It however, other suitable iteration methods may be used. It is also conceivable that, for example, in a pump unit, certain operating points are approached targeted to capture the power balance representing surface area with the highest possible accuracy or to dispense with targeted detection of defined operating points on the determination of such areas.

Claims (18)

  1. A method for monitoring an energy conversion device which consists of several function units which are functionally linked to one another, in which power-dependent variables of at least one function unit are automatically detected and/or computed in temporal intervals, and are compared to one another or to values derived therefrom and/or to predefined values, and a corresponding signal is produced in dependence on the comparison, characterised in that power-dependent variables of at least two function units which are functionally linked to one another are detected and/or computed, in an automatic manner in temporal intervals, wherein the power-dependent output variables or variables derived therefrom, of the one function unit, form the power-dependent input variables of the function unit which is functionally arranged after this.
  2. A method according to claim 1, characterised in that the comparative values or comparative functions are formed by way of power-dependent variables, which are envisaged and suitable for power comparison which is independent of the operating point.
  3. A method according to claim 1 or 2, characterised in that it is used for operational optimisation and/or for monitoring the energy consumption or the efficiency of the pump assembly, in particular of an electromotorically driven centrifugal pump assembly, in which on operation, at least one power-dependent variable of the motor and at least one hydraulic variable of the pump or at least two hydraulic variables of the pump, at a temporal interval, are compared to one another or are mathematically linked to one another or compared to predefined values, and a signal characterising the operating condition of the pump assembly is produced in dependence on the comparison.
  4. A method according to claim 3, characterised in that it is carried out during the designated delivery operation.
  5. A method according to one of the preceding claims, characterised in that it is repeated in temporal intervals, wherein the comparison is carried out on the basis of the previously detected variables or the predefined values.
  6. A method according to one of the claims 3 to 5, characterised in that firstly electrical variables of the motor determining the power uptake of the motor, and at least one variable determining the hydraulic operating point of the pump are detected and stored, and in a temporal interval, on reaching a hydraulic operating point corresponding to the previously detected one, the electrical variables of the motor which determines the power uptake of the motor are detected and compared to the firstly stored variables, whereupon a corresponding signal is produced.
  7. A method according to one of the claims 3 to 6, characterised in that firstly electrical variables of the motor which determine the power uptake of the motor and variables determining the hydraulic operating point of the pump are detected and stored, and in which these variables are detected anew after a temporal interval, wherein the detected variables are transferred on the basis of a mathematical, electrical motor model and/or a mathematical hydraulic pump model and then compared to the stored variables, or vice versa, whereupon a corresponding signal is produced.
  8. A method according to one of the claims 3 to 7, characterised in that the detection of power-determining variables of the motor and/or pump is not effected until after the completion of a predefined time which corresponds at least to the running-in phase of the pump assembly.
  9. A method according to claim 8, characterised in that after completion of the predefined time, during the monitoring phase, automatically at least one operating profile is detected and the expected energy consumption is determined whilst taking into account the efficiency change which is possibly determined.
  10. A method according to one of the preceding claims, characterised in that a surface course which has a multidimensional model character and is dependent on the power of a function unit is determined on the basis of several operating points and stored, and such surface courses are determined anew in temporal intervals and are compared to the previously determined ones.
  11. A method according to claim 10, characterised in that the distance of the surface courses at a predefined operating point, or the volume spanned between the surfaces is used as a measure for the efficiency change, in particular an efficiency drop.
  12. A method according to claim 11, characterised in that a Kalman filter is used for determining the surface course on the basis of the operating points.
  13. A centrifugal pump assembly with an electrical motor and a centrifugal pump driven by this, characterised in that a device for monitoring the power characteristics of at least one function unit of the assembly is provided, said device operating according to a method according to one of the preceding claims.
  14. A compressor assembly with an electrical motor and a displacement pump driven by this, characterised in that a device for monitoring the power characteristics of at least one function unit of the assembly is provided, said device operating according to a method according to one of the preceding claims.
  15. A cooling assembly with an electric motor, with a displacement pump driven by this, with an evaporator and with a condenser, characterised in that a device for monitoring the power characteristics of at least one function unit of the assembly is provided, said device functioning according to a method according to one of the preceding claims.
  16. A heating facility with a combustor and at least one water circuit which can be heated by this, characterised in that a device for monitoring the power characteristics of at least one function unit of the facility is provided, said device operating according to a method according to one of the preceding claims.
  17. An assembly or facility according to one of the preceding claims, characterised in that after a predefined time after starting operation of the assembly or facility, the device automatically begins with the detection and storage of the variables which are relevant to determining the efficiency.
  18. An assembly or facility according to claim 17, characterised in that the device comprises a measured value memory, in which at least the variables detected at the beginning of the measurement or variables derived therefrom are stored.
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